Bombeo solar con variador de frecuencia: cómo funciona y cuánta agua da

En riego, ganadería y abastecimiento rural, muchas bombas están lejos de la red eléctrica o dependen de un grupo electrógeno. El bombeo solar con variador de frecuencia resuelve las dos cosas: los paneles alimentan directamente la bomba a través de un variador, sin baterías, y el agua bombeada se almacena en una balsa o un depósito. En este artículo explicamos cómo funciona, cómo dimensionar el campo fotovoltaico y cuánta agua da al día una bomba de 7,5 kW en verano.

Cómo funciona un bombeo solar directo

El esquema tiene tres elementos:

• Campo fotovoltaico: los módulos, conectados en serie para dar la tensión de continua que necesita el variador.
• Variador de frecuencia con entrada en continua y seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT): recibe la energía del campo y ajusta en cada momento la frecuencia de la bomba para aprovechar toda la potencia disponible.
• Bomba: sumergible en pozo o de superficie, con su motor trifásico convencional.

Por la mañana, cuando la radiación es baja, el variador hace girar la bomba despacio. A medida que sube el sol, aumenta la frecuencia y con ella el caudal, hasta llegar a 50 Hz. Por la tarde ocurre lo contrario. No hay baterías: la balsa o el depósito hacen de almacenamiento, y es mucho más barato acumular agua que electricidad.

Hay una frecuencia mínima por debajo de la cual la bomba gira pero no llega a elevar agua, porque no vence la altura estática del pozo. En el ejemplo de este artículo está en torno a 33 Hz. El variador debe detectarlo y parar la bomba en lugar de dejarla girando sin caudal.

Los variadores de frecuencia Enertran admiten bombeo solar: se alimentan directamente del campo fotovoltaico y ajustan la velocidad de la bomba a la radiación disponible, sin necesidad de un equipo adicional. No todos los variadores del mercado lo permiten. Al diseñar la instalación hay que comprobar que el campo encaja en la ventana de tensión de continua del variador, y configurar la protección contra marcha en seco y las sondas de nivel del pozo y del depósito.

El ejemplo: una bomba de 7,5 kW en un pozo de riego

Tomamos una bomba sumergible con motor de 7,5 kW que da 30 m³/h a 50 Hz y absorbe 7,2 kW. El pozo tiene una altura estática alta (el 60 % de la altura total), algo habitual en pozos de riego. Calculamos el caudal cuarto de hora a cuarto de hora en un día despejado de julio, con tres tamaños de campo fotovoltaico.

Con un campo de la misma potencia que la bomba (7,5 kWp), el caudal nominal solo se alcanza en las horas centrales. Con 10 o 12 kWp, la bomba llega antes a los 50 Hz y se mantiene más horas al máximo: el exceso de paneles se recorta a mediodía, pero se gana caudal por la mañana y por la tarde.

Cuántos kWp instalar: la relación campo/bomba

Campo fotovoltaico	Relación campo/bomba	Agua al día	Equivale a bombear a caudal nominal
7,5 kWp	1,00	228 m³	7,6 h
10,0 kWp	1,33	277 m³	9,2 h
12,0 kWp	1,60	301 m³	10,0 h

Pasar de 7,5 a 10 kWp aumenta el agua diaria un 22 %; pasar de 10 a 12 kWp, solo un 9 % en julio. En primavera, otoño y días con nubes el sobredimensionado rinde más, porque la potencia del campo se recorta menos a mediodía. Por eso es habitual dimensionar el campo entre 1,2 y 1,5 veces la potencia de la bomba: es el rango en el que cada panel adicional todavía da agua útil durante buena parte del año.

Además de la potencia, el campo tiene que encajar en la ventana de tensión del variador:

• la tensión de circuito abierto de la serie, en la mañana más fría del año, no puede superar la tensión máxima de entrada;
• la tensión de máxima potencia, con los módulos calientes en verano, tiene que quedar por encima de la mínima que necesita el variador para dar 50 Hz al motor.

Ahorro frente a un grupo electrógeno

Para bombear los 277 m³ que da el campo de 10 kWp en un día de julio, un grupo electrógeno tendría que mover la bomba 9,2 horas a caudal nominal: unos 67 kWh. Un grupo pequeño trabajando a carga parcial consume del orden de 0,35 litros de gasóleo por kWh, es decir, unos 23 litros al día. A 1,15 €/l son 27 € al día y unos 4020 € en una campaña de riego de 150 días, sin contar mantenimiento, cambios de aceite ni los viajes para repostar. Con bombeo solar, el coste de la energía es cero desde el primer día y el mantenimiento se reduce a limpiar los módulos y revisar el cuadro.

Si la bomba ya está conectada a la red, el variador también puede trabajar en modo híbrido: usa la energía solar cuando la hay y toma de la red o del grupo solo lo que falta en días nublados o cuando se necesita bombear de noche.

Claves de diseño para que funcione bien

• Dimensione el depósito o la balsa para cubrir los días de menos sol. Acumular el agua de uno o dos días suele ser suficiente en riego de verano.
• Elija la bomba por su curva a velocidad reducida, no solo en el punto nominal: tiene que seguir dando agua con poca radiación.
• Proteja la bomba contra marcha en seco con sonda de nivel en el pozo y pare el bombeo con depósito lleno.
• Cuide el lado de continua: secciones de cable adecuadas, protección contra sobretensiones y puesta a tierra del campo.
• Si conecta con la red, tramite la instalación como autoconsumo según la normativa vigente.

Hipótesis del cálculo. Bomba sumergible de 7,5 kW (7,2 kW absorbidos y 30 m³/h a 50 Hz); pozo con un 60 % de altura estática; día despejado de julio en la mitad sur peninsular (unos 7,4 kWh/m² en el plano de los módulos); rendimiento del campo del 82 % (temperatura, cableado y suciedad); pérdidas del variador del 3 %. Grupo electrógeno con 0,35 l/kWh y gasóleo a 1,15 €/l. Son cifras de ejemplo: cada pozo y cada campo deben calcularse con sus datos.

Le ayudamos a elegir el variador Enertran para su bomba y a dimensionar el campo fotovoltaico y el depósito para su pozo. Vea también nuestras soluciones para renovables y las aplicaciones en agroindustria.